PLONOWANIE MIĘDZYPLONU W STANOWISKU PO BOBIKU ORAZ ZAWARTOŚĆ WĘGLA ORGANICZNEGO W GLEBIE
W ZALEśNOŚCI OD PRZEBIEGU POGODY
Bogdan Kulig, Wiesław Szafrański, Tadeusz Zając
Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin, Akademia Rolnicza Al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków
e-mail: rrbkulig@cyf-kr.edu.pl
S t r e s z c z e n i e . Doświadczenie polowe przeprowadzono w latach 1999-2001 na czarnoziemie zdegradowanym. Wysiewano 3 gatunki w członie zmianowania: bobik formę o szczytowym kwiatostanie i tradycyjną – wsiewkę lub poplon ścierniskowy rzodkwi oleistej – pszenicę ozimą lub jarą. Badano wpływ zaoranej biomasy międzyplonu na zawartość węgla organicznego w glebie. Próbki gleby do oznaczenia zawartości węgla organicznego z warstwy 0-30 cm, pobrano w terminach: 1 dekada listopada, 1 dekada marca, 2 dekada maja, 1 dekada czerwca. Badania wykazały, Ŝe międzyplony są waŜnym elementem zmianowania, szczególnie w przypadku pozostawiania przez roślinę przedplonową (bobik) duŜych ilości azotu. Przyorana biomasa wsiewki i poplonu ścierniskowego zwiększa zawartość węgla organicznego, polepsza właściwości gleby a w rezultacie przyczynia się do wzrostu plonu rośliny następczej. Mulczowanie nie wpłynęło istotnie na zawartość węgla organicz-nego w warstwie 0-30 cm w porównaniu z jesiennym przyoraniem biomasy poplonu.
S ł o w a k l u c z o w e : międzyplon, plon, węgiel organiczny
WSTĘP
W ostatnich latach proponuje się rozszerzenie areału uprawy międzyplonów w tych gospodarstwach, w których bilans materii organicznej jest ujemny [8,9]. Tradycyjna uprawa z poplonami na zaoranie jest znana od dawna, natomiast mniej prac dotyczy wpływu biomasy międzyplonów pozostawionych jako mulcz pod zboŜa jare. Z niektórych badań wynika, Ŝe przyoranie przed zimą biomasy poplonowej z roślin krzyŜowych i strączkowych wpływa korzystniej na plon zbóŜ jarych, niŜ wymieszanie mulczu z glebą bezpośrednio przed siewem [1,2,10]. Bobik pozostawia duŜo resztek poŜniwnych, które bardzo szybko ulegają rozkładowi i część tych składników w okresie jesień – wczesna wiosna moŜe być wymyta
w głębsze warstwy gleby [4]. Wskazana jest więc uprawa poplonów po bobiku pod warunkiem zastosowania roślin o krótkim okresie wegetacji, a pozytywny efekt tej uprawy zwykle jest związany z warunkami klimatycznymi. Uprawa roślin na zielony nawóz moŜe być bowiem ryzykowna w latach o suchym okresie letnio-jesiennym [12].
Wśród róŜnorodnych czynników mogących wpływać na zmiany zawartości węgla organicznego w glebie wymienia się najczęściej warunki meteorologiczne, gatunki uprawianych roślin oraz poziom nawoŜenia organicznego i mineralnego [7]. Korzystne następcze oddziaływanie resztek roślinnych zaleŜy głównie od tempa i ilości uwalnianych z niej składników, a to wiąŜe się bezpośrednio ze stosunkiem C/N. Biomasa roślin motylkowych rozkłada się bowiem szybciej niŜ masa organi-czna gatunków niemotylkowych [5].
Celem pracy było określenie plonowania rzodkwi oleistej uprawianej w stano-wisku po dwóch morfotypach bobiku oraz wpływu zaoranej biomasy na zawartość węgla organicznego w glebie.
METODYKA BADAŃ
Doświadczenia polowe przeprowadzono w latach 1999-2001 na glebie kompleksu I. Zakres zawartości przyswajalnych form składników pokarmowych w glebie przedstawiono w tabeli 1. W doświadczeniu o członie zmianowania: bobik – wsiewka – pszenica ozima, w 2 dekadzie lipca wsiewano w bobik nasiona rzodkwi oleistej w ilości 30 kg·ha-1. Nasiona bobiku zbierano w 3 dekadzie sierpnia, natomiast słomę pozostawiono na poletkach. Przed orką siewną pod pszenicę ozimą wykonano pomiar masy części nadziemnej roślin rzodkwi z po-wierzchni 0,25 m2 (4 powtórzenia x obiekty) w dwóch terminach: 15-20 września i 5-10 października. W doświadczeniu o członie zmianowania: bobik – międzyplon ścierniskowy – pszenica jara, po zbiorze nasion bobiku wykonano wysiew nasion rzodkwi w ilości: 25 kg·ha-1 w 3 dekadzie sierpnia. Biomasę między-plonu (połowa doświadczenia) zaorano jesienią, natomiast na wiosnę resztki roślinne (mulcz) wymieszano z glebą za pomocą glebogryzarki. W 1 dekadzie listopada pobrano próbki roślin poplonu do oznaczenia zawartości suchej masy i azotu – metodą Kjeldahla. Próbki gleby do oznaczenia zawartości węgla organicznego z warstwy 0-30 cm, pobrano w terminach: 1 dekada listopada, 1 dekada marca, 2 dekada maja, 1 dekada czerwca. Oznaczenie zawartości węgla organicznego wykonano metodą Tiurina. Doświadczenie polowe zakładano corocznie metodą losowanych podbloków, a istotność róŜnic pomiędzy średnimi oceniano testem Tukey’a, przy α = 0,05.
Tabela 1. Niektóre chemiczne i fizyczne właściwości gleby (w latach 1999-2001) Table 1. Some chemical and physical properties of the soil (in years 1999-2001)
Warstwy Layers (cm) Zawartość Content of C (%) Zawartość Content of N (%) pH w KCl pH in KCl P2O5 mg⋅kg-1 K2O mg⋅⋅⋅⋅kg-1 Mg mg⋅kg-1 Gęstość Bulk density (g⋅cm-3) 0-30 0,80-1,49 0,14-0,21 5,72-6,10 127-210 108-175 47-107 1,41-1,50 30-80 0,80-1,05 0,09-0,14 5,44-5,60 30-62 38-52 53-58 1,44-1,56 WYNIKI I DYSKUSJA
Warunki pluwiotermiczne przedstawiono w tabeli 2. W okresie wschodów i początkowego rozwoju wsiewki korzystny rozkład opadów wystąpił w lipcu 2001 roku. Z kolei intensywne opady w lipcu 2000 roku powodowały powolne zasychanie liści u rośliny ochronnej – bobiku i tym samym znaczne zacienianie wschodzących roślin rzodkwi oleistej. Dla wzrostu i rozwoju roślin rzodkwi uprawianej w poplonie najmniej korzystnym okazał się okres od 3 dekady sierpnia do 2 dekady września 1999 roku, z uwagi na małe i nierównomiernie rozłoŜone opady. Wrzesień i początek października 2001 roku pod względem opadów i temperatury były z kolei bardzo korzystne dla intensywnego wzrostu roślin.
Tabela 2. Rozkład opadów i temperatury powietrza w okresie wegetacji badanych roślin Table 2. The range of rainfall and air temperature during the vegetation season of plants
Lipiec – July Sierpień – August Wrzesień – September Październik – October
Lata
Years II III I II III I II III I II III
Opady – Rainfall (mm) 1999 14,1 15,2 14,7 17,3 9,1 16,7 0,0 33,6 58,1 19,1 6,9 2000 55,0 128,0 12,9 6,1 22,3 1,9 33,1 0,0 1,1 0,0 7,6 2001 43,8 79,9 61,5 0,5 15,2 19,0 40,0 54,0 8,0 0,2 11,0 Temperatura – Temperature (oC) 1999 20,6 19,9 20,8 16,7 15,5 17,1 15,1 17,1 12,0 5,5 9,0 2000 15,1 17,2 18,1 21,8 17,1 13,6 11,8 10,5 13,4 14,1 10,6 2001 22,3 21,2 21,2 21,7 19,5 13,8 12,0 10,8 14,9 11,7 8,7
Wsiewka rzodkwi oleistej plonowała najniŜej w pierwszym roku badań (tab. 3) oraz prawie dwukrotnie lepiej w latach 2000, 2001 o czym decydował sprzyjający rozkład opadów w drugiej połowie sierpnia. Zanotowano wyŜszy plon suchej masy roślin rzodkwi oleistej wsiewanej w rośliny bobiku samokoń-czącego, poniewaŜ rośliny tej formy morfologicznej stwarzają lepsze warunki dla wzrostu i rozwoju wsiewki niŜ bobik tradycyjny. Samokończące odmiany bobiku
charakteryzują się niŜszymi roślinami oraz do dwóch tygodni krótszym okresem wegetacji, co warunkuje lepsze siedlisko dla proponowanej wsiewki. W tym przypadku młode rośliny rzodkwi oleistej juŜ na początku sierpnia otrzymywały więcej światła, niŜ na poletkach z bobikiem tradycyjnym. Wyniki te są zgodne z badaniami przeprowadzonymi w podobnych warunkach siedliskowych przez Szafrańskiego i Kuliga [11] oraz Gondka i Zająca [3]. Termin zaorania nad-ziemnej biomasy wsiewki decydował nie tylko o jej plonie, który był wyŜszy o 790 kg suchej masy na hektar, ale równieŜ o zawartości azotu. W częściach nadziemnych roślin rzodkwi oleistej, zawartość tego składnika wahała się od 2,45 do 3,63% w s.m. dla pierwszego terminu oraz od 2,00 do 2,38% dla orki wykonanej w październiku (tab. 4). Podobnie jak w przypadku plonu suchej masy części nadziemnej o poziomie zawartości azotu w zaoranej biomasie decydował równieŜ morfotyp rośliny ochronnej. W tym przypadku wyŜszą zawartość (o 0,17%) tego składnika zanotowano w biomasie roślin wsiewanych w bobik tradycyjny.
Tabela 3. Plon suchej masy (kg⋅ha-1) zaoranej części nadziemnej wsiewki
Table 3. Yield of dry matter (kg ha -1) of ploughed aboveground biomass of undersown Lata – Years Typ bobiku
Field bean type
Termin zaorania Date of ploughing 1999 2000 2001 Średnia NIR(0,05) Mean LSD(0.05) 14-18.09 1775 2550 3219 2515 8-12.10 1940 3604 4100 3215 Samokończący With top
inflorescence Średnia – Mean 1858 3077 3660 2865 214
14-18.09 1405 2225 2120 1917 8-12.10 1622 2908 3877 2802 Tradycyjny Traditional Średnia – Mean 1513 2566 2999 2360 14-18.09 1590 2388 2670 2216 Średnia Mean 8-12.10 1781 3256 3988 3008 196 Średnia – Mean 1686 2822 3329 273
Zawartość węgla organicznego była istotnie mniejsza w maju w porównaniu z terminem listopadowym w drugim roku badań (tab. 5). Gleba pobrana w 2 dekadzie maja charakteryzowała się większą zasobnością tego składnika niŜ późną jesienią w pierwszym i trzecim roku doświadczenia. Stanowisko po bobiku samokończącym charakteryzowało się większą zawartość C-organicznego niŜ po bobiku tradycyjnym. Proponowana wsiewka rzodkwi oleistej w bobik nie powodowała istotnej zmiany w zasobności gleby w ten pierwiastek. W badaniach przeprowadzonych przez Kowalińskiego i in. [6] uprawa bobiku w monokulturze powodowała wzrost zawartość C ogółem, a zaorana biomasa poplonów hamowała rozwój chorób podstawy źdźbła zbóŜ.
Tabela 4. Zawartość azotu (% s.m.) w biomasie nadziemnej wsiewki Table 4. Nitrogen contents (% d.m.) in aboveground biomass of undersown
Lata – Years Typ bobiku
Field bean type
Termin zaorania Date of ploughing 1999 2000 2001 Średnia NIR(0,05) Mean LSD(0.05) 14-18.09 2,45 2,75 3,47 2,89 8-12.10 2,22 2,00 2,02 2,08 Samokończący With top
inflorescence Średnia – Mean 2,33 2,38 2,75 2,49 r.n. – n.s.
14-18.09 2,66 2,67 3,63 2,99 8-12.10 2,38 2,26 2,36 2,33 Tradycyjny Traditional Średnia – Mean 2,52 2,47 3,00 2,66 14-18.09 2,55 2,71 3,55 2,94 Średnia Mean 8-12.10 2,30 2,13 2,19 2,20 0,235 Średnia – Mean 2,43 2,42 2,87 r.n. – n.s.
Tabela 5. Zawartość węgla organicznego (%) w warstwie gleby 0-30 cm Table 5. Organic carbon contents (%) in the soil layer 0-30 cm
Termin pobrania prób – Date of sampling
Obiekty – Treatments 1 dekada listopada
1st decade of November 2 dekada maja 2nd decade of May Średnia Mean 1,028 1,077 1,052 0,936 0,855 0,895 Lata Years 1999/2000 2000/2001 2001/2002 0,918 0,984 0,951 NIR(0,05) – LSD(0.05) 0,035 0,025
Samokończacy – With top inflorescence 0,999 1,002 1,000
Bobik tradycyjny – Traditional field bean 0,923 0,941 0,932
NIR(0,05) – LSD(0.05) r.n. - n.s. 0,020
0,944 0,966 0,955
Kontrola – Control
Wsiewka – Undersown 0,990 0,969 0,980
NIR(0,05) – LSD(0.05) r.n. - n.s. r.n. - n.s.
Po roślinach późno schodzących z pola, a do takich zaliczamy bobik, pewne plony moŜna uzyskać jedynie z roślin poplonowych o krótkim okresie wegetacji 65-70 dni (gorczyca, rzodkiew). Nasiona tych roślin do skiełkowania potrzebują mało wody, a do przyrostu masy wykorzystują zasoby wilgoci z mgieł i rosy [12]. W analizowanych badaniach wykonano podorywkę oraz siew nasion poplonu w terminie 28-30.08, stąd plony biomasy zmierzone w 1 dekadzie listopada kształ-towały się na średnim poziomie (tab. 6).
Tabela 6. Plon suchej masy (kg⋅ha-1) i zawartość azotu (% s.m.) międzyplonu ścierniskowego
Table 6. Yield of dry matter (kg ha -1) and nitrogen contents (% d.m.) of stubble catch crop
s.m. – d.m. (kg⋅ha-1) % N
Typ bobiku
Field bean type 1999 2000 2001
Średnia Mean 1999 2000 2001 Średnia Mean Tradycyjny Traditional 2568 3272 3990 3277 2,60 2,61 3,25 2,82 Samokończący With top inflorescence 3244 3286 3587 3372 2,30 2,36 2,91 2,52 Średnia – Mean 2906 3279 3788 2,45 2,48 3,08 NIR(0,05) – LSD(0.05) 305 r.n. – n.s. 0,39 0,26
NajwyŜszy plon biomasy rzodkwi zaorano w 2001 roku, na poziomie 3700 kg s. m., o czym decydowały sprzyjające warunki pogodowe w miesiącach wrzesień i październik. Podobnie w badaniach Nowakowskiego i in. [8] stwierdza się duŜe róŜnice w plonowaniu rzodkwi w zaleŜności od lat uprawy, natomiast nie zaobser-wowano istotnych róŜnic w zawartości suchej masy. Według Wojciechowskiego [12] o powodzeniu uprawy międzyplonów ścierniskowych decyduje przede wszys-tkim przebieg warunków pogodowych we wrześniu i październiku. Jak donosi Duer [1] na uwagę zasługuje równieŜ mniejsza masa chwastów występujących w zasiewach rzodkwi, co mogłoby potwierdzać wydzielanie biologicznie aktywnych substancji przez ten gatunek. W niniejszych badaniach uprawa międzyplonu ścier-niskowego w stanowisku po bobiku tradycyjnym i samokończącym nie róŜnicowała plonu suchej masy zaoranej części nadziemnej rzodkwi. Miała natomiast wpływ na zawartość azotu w biomasie nadziemnej roślin (tab. 6). Istotnie wyŜszą zawartość zanotowano w roślinach rzodkwi uprawianej w stanowisku po bobiku tradycyjnym w porównaniu z formą samokończącą.
W naszych badaniach nie tylko lata badań miały istotny wpływ na zawartość węgla organicznego w warstwie ornej, ale równieŜ istotny był termin pobrania prób gleby (tab. 7). Na początku czerwca wyraźnie wyŜszą zawartość tego składnika zanotowano w pierwszym i trzecim roku badań w porównaniu do terminu marco-wego. Sposób postępowania z biomasą międzyplonów ścierniskowych tj. orka przedzimowa lub mulczowanie nie wpłynęło znacząco na zawartość węgla, przy czym istotnie wyŜszą zasobność gleby w ten pierwiastek notowano w 1 dekadzie czerwca. Według Orzecha i in. [9] pozostawienie na polu w formie mulczu gorczycy białej przyczyniło się do zmniejszenia cięŜaru objętościowego warstwy uprawnej gleby jak równieŜ większej akumulacji próchnicy spowodowanej słabszą jej mineralizacją. Gondek i Zając [3] podają, Ŝe przyoranie biomasy róŜnych roślin poplonowych nie róŜnicowało w ciągu jednego sezonu wegetacyjnego zawartości węgla organicznego w glebie. W naszych badaniach stanowisko po międzyplonie
charakteryzowało się wyŜszą zawartością węgla organicznego w glebie w po-równaniu do kontroli juŜ po siedmiu miesiącach od wprowadzenia biomasy do gleby. Bobik tradycyjny pozostawiał stanowisko o niŜszej zawartości węgla niŜ morfotyp samokończący, co wynikało prawdopodobnie z róŜnego tempa rozkładu resztek poŜniwnych i słomy.
Tabela 7. Zawartość węgla organicznego (% s.m.) w warstwie gleby 0-30 cm Table 7. Organic carbon contents (% d.m.) in the soil layer 0-30 cm
Termin pobrania prób – Sampling date
Obiekty – Treatments 1 dekada marca
1st decade of March 1 dekada czerwca 1st decade of June Średnia Mean 1,003 1,170 1,087 0,885 0,929 0,907 Lata Years 2000 2001 2002 0,930 1,033 0,981 NIR(0,05) – LSD(0.05) 0,024 0,017
Biomasa poplonu zaorana jesienią
Catch crop biomass ploughed in autumn 0,939 1,033 0,986
Biomasa poplonu inkorporowana wiosną
Catch crop biomass incorporated in spring 0,940 1,055 0,997
NIR(0,05) – LSD(0.05) 0,034 r.n. – n.s.
0,969 Kontrola – Control
Międzyplon – Stubble catch crop 1,012
NIR(0,05) – LSD(0.05) 0,020
Bobik samokończacy – Field bean with top inflorescence 1,011
Bobik tradycyjny – Traditional field bean 0,973
WNIOSKI
1. Plonowanie wsiewki uprawianej na zielony nawóz zaleŜy od terminu zaorania, od ilości opadów w sierpniu oraz od rośliny ochronnej. Forma samokoń-cząca okazała się zdecydowanie lepsza jako roślina ochronna dla rzodkwi oleistej niŜ bobik tradycyjny.
2. Wprowadzona do gleby biomasa wsiewki nie róŜnicowała zwartości węgla organicznego w glebie w ciągu jednego sezonu wegetacyjnego, natomiast stwierdzono róŜnicę w zawartości tego składnika między terminem pobrania prób.
3. Rzodkiew oleista uprawiana w międzyplonie ścierniskowym plonowała podobnie w stanowisku po obu morfotypach bobiku. Zaorana biomasa miedzy-plonu powodowała wzrost zawartości C-organicznego w warstwie ornej na początku czerwca w porównaniu z kontrolą.
PIŚMIENNICTWO
1. Duer I.: Mulching effect of catch crop on barley yield, soil water and nitrogen storage (in Polish).
Frag. Agron., 1, 29-43, 1996.
2. Francis G. S., Bartley K. M., Tabley F. T.: The effect of winter cover crop management on
nitrate leaching losses and crop growth. Journal of Agr. Sci., Cambridge, 131, 299-308, 1998. 3. Gondek K., Zając T.: Fractional composition of humus of degraded chernozem according to plant
species ploughed under (in Polish). Acta Agr. et Silv. ser. Agr., (in press) 2003.
4. Haunz F. X., Maidl F. X., Fischbeck G.: Stickstoff-Fixierung von Körnerleguminosen und deren
Bedeutung für den N-Umsatz einer Fruchtfolge. Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss, 1, 22-24, 1988. 5. Jensen E. S.: The release and fate of nitrogen from catch-crop materials decomposing under field
conditions. Journal of Soil Sci., 43, 335-345, 1992.
6. Kowaliński S., Drozd J., Licznar M.: Przemiany związków próchnicznych w glebie pod róŜnymi
roślinami uprawnymi w monokulturze i zmianowaniu w świetle dziesięcioletnich doświadczeń. Rocz. Glebozn., 37, 2-3, 169-185, 1986.
7. Niemyska-Łukaszuk J., Mazur K.: Effect of intensive mineral fertilization on the composition of
humus compounds in a heavy soil (in Polish). Rocz. Glebozn., 37, 2-3, 295-309, 1986.
8. Nowakowski M., Gutmański I., Kostka-Gościniak D.: Yielding and antinematode acting of new
cultivars of oleiferous radish, white mustard and tansy phacelia cultivated as catch crop (in Polish). Oilseed Crops, t. XVII/1, 215-221, 1996.
9. Orzech K., Wanic M., Nowicki J.: Mass of harvest residues and humus content depending on
different cultivation systems on medium soil (in Polish). Frag. Agron., 2, 191-197, 2002.
10. Szafrański W., Kulig B.: Spring wheat yielding and content of soil mineral N depending on the
timing of ploughing-in catch crop biomass, and nitrogen fertilization (in Polish). Zesz. Nauk. AR w Krakowie, Sesja Nauk., 76, 267-272, 2001.
11. Szafrański W., Kulig B.: Yielding of winter wheat grown in stands after field bean and field bean
with undersown depending on sowing date, with regard to mineral nitrogen contents in the soil (in Polish). Acta Agr. et Silv. ser. Agr., 39, 73-83, 2001.
12. Wojciechowski W.: Stubble catch crops as a factor preventing negative effects of cereal abundance
in crop rotation system (in Polish). Postępy Nauk Rolniczych, 5, 29-36, 1998.
YIELDING OF CATCH CROP CULTIVATED AFTER FIELD BEAN AND ORGANIC CARBON CONTENTS IN THE SOIL
DEPENDENT ON WEATHER CONDITIONS
Bogdan Kulig, Wiesław Szafrański, Tadeusz Zając
Department of Crop Production, University of Agriculture Al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków
email: rrbkulig@cyf-kr.edu.pl
A b s t r a c t . The experiment was carried out in 1999-2001 on degraded chernozem developed from loess. Three species were sown in a crop rotation link: field bean with top inflorescence and traditional – undersown or stubble catch crop – winter or spring wheat. These experiments investigated the effects of undersown and stubble catch crop management on the accumulation of soil organic carbon. Soil was sampled from layer 0-30 cm, at the following dates: 1st decade of November, 1st
and stubble catch crops might be an important component of crop rotation, particularly in case of the residues a lot of mineral nitrogen from previous crop (field bean) in the sites for wheat. Ploughing down of the undersown and stubble catch crop increase organic carbon contents, improve the soil condition, and as a result increase yield of subsequent crop. Surface plant biomass mulching and soil cultivation before spring wheat sowing not differentiated organic carbon contents in the 0-30 cm layer.
